【摘要】巖溶問題是水利水電工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的問題，由于巖溶發(fā)育規(guī)律性差，在工程施工過程中一旦遇到溶洞，有可能造成可預(yù)見性的影響，巖溶處理措施及方案的制定需要有力的勘察基礎(chǔ)資料做支撐。本文結(jié)合工程實(shí)踐，通過電磁波層析成像（CT）方法，對巖溶隱患部位進(jìn)行精細(xì)探測，基本查清了巖溶發(fā)育情況，為巖溶處理提供了可靠的決策依據(jù)，為工程建設(shè)成本節(jié)約及進(jìn)度控制起到了重要的作用。

【關(guān)鍵詞】電磁波；層析成像；防滲帷幕；巖溶探測

1、引言

巖溶是水對可溶性巖石（碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等）進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。在可溶巖地區(qū)的水利工程勘察建設(shè)中，巖溶問題是重大的地質(zhì)缺陷，其中巖溶管道對水庫蓄水成庫存在重大安全隱患。

為了保證水利工程建設(shè)的安全及巖溶封堵有效性，指導(dǎo)帷幕灌漿工作，通常需要引入一些巖溶探測方法進(jìn)行灌漿前排查和局部巖溶治理工作。電磁波層析成像巖溶探測技術(shù)既可對帷幕線進(jìn)行了灌漿前快速巖溶排查，又可以針對局部問題進(jìn)行精確探測，是工程巖溶處理的有效輔助手段。

2、電磁波層析成像（CT）技術(shù)

層析成像技術(shù)源于醫(yī)學(xué)CT，利用射線掃描，對所得到的信息進(jìn)行反演計算，重建被測范圍內(nèi)物體參數(shù)分布性質(zhì)規(guī)律的圖像，從而達(dá)到圈定異常體的一種物理論方法。地質(zhì)上根據(jù)所使用的物理場的不同，又分為彈性波層析成像和電磁波層析成像。

電磁波層析成像（CT）是一種主要利用電磁波射線能量被介質(zhì)吸收后的場能進(jìn)行探測的方法。原理為電磁波穿過完整地質(zhì)體時傳播速度快而場能衰減慢，而在破碎（如溶洞、洞穴、斷層、軟弱夾層和風(fēng)化巖層）的地層介質(zhì)中的傳播速度慢，場能衰減快。

電磁波層析成像針對不同地層有不同穿透能力，使用時需要進(jìn)行實(shí)地的電磁波穿透實(shí)，以選擇合理參數(shù)及采集控制系統(tǒng)。常見采集方式有同步模式，扇形模式，及兩者組合模式，數(shù)據(jù)采集方式如圖2.1-1所示。測試成果的展示有二維剖面和三維組合兩種形式，二維剖面是現(xiàn)在工程測試普遍采用的測試方式，主要是反映巖溶在二維面中的位置和影響截面大小，其對巖溶的延展方向和空間大小變化提供更多的信息較少，另一種是三維組合剖面，可以對特定區(qū)域的巖溶管道大小及走向獲得更多的信息。但有一定的限制條件。

3、層析成像成果應(yīng)用實(shí)例

3.1 二維剖面應(yīng)用

圖3.1-1，為貴州省某已經(jīng)建成水電站上層右 岸帷幕K上右0+388.5m～K上右0+403m段鉆孔ZK1～鉆孔ZK2之間的二維剖面電磁波層析成像探測成果圖及解釋圖，根據(jù)成果圖揭示溶洞的發(fā)育在樁號K上右0+388.5m～K上右0+403m之間，高530m～539m之間，探測到巖溶異常，且洞室為上大下小兩層結(jié)構(gòu)、斷面面積約71m2。另外在樁號K上右0+391m～K上右0+401m之間，高程516m～521m之間也存在兩個巖溶異常，推測可能為上層溶洞在側(cè)向向下發(fā)育穿過CT平面所致，為了驗(yàn)證探測成果，施工方在樁號K上右0+396m位置實(shí)施鉆孔驗(yàn)證，鉆具在高程536m～529m發(fā)生掉鉆。掉鉆發(fā)生的位置與探測成果揭示巖溶發(fā)育位置基本一致。

3.2 組合三維剖面應(yīng)用

圖3.2-1是江蘇某水庫工程帷幕樁號W1+104m～W1+152m段剖面XDK047～XDK049電磁波層析探測成果圖及解釋圖，其中XDK048施工過程中遇到巖溶無法鉆進(jìn)情況。根據(jù)探測成果圖揭示在樁號W1+104m～W1+152m，高程-23m～5m之間上有多處電磁波高吸收異常區(qū)，異常區(qū)分布由大樁號向小樁號傾斜。結(jié)合地質(zhì)資料傾斜角度和地層傾向基本一致，推斷異常為本區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)巖溶滲漏區(qū)。

由于巖溶影響區(qū)范圍比較大，現(xiàn)場灌漿情況灌漿效果不明顯，設(shè)計部門為了更清楚的了解巖溶發(fā)育特點(diǎn)，以目的的調(diào)整設(shè)計方案，增加勘探鉆孔XDK048甲、XDK048乙，并結(jié)合前期鉆孔對ZK048甲～XDK048乙、XDK048甲～XDK048上、XDK048甲～XDK048下，XDK048甲～XDK049、XDK048甲～XDK047、XDK048乙～XDK048上、XDK048乙～XDK048下，XDK048乙～XDK049、XDK048乙～XDK047共9對剖面進(jìn)行電磁波層析成像探測，探測二維成果及解釋圖如圖3.2-2。根據(jù)成果分析XDK048鉆孔周圍的巖體巖溶裂隙異常發(fā)育，巖溶發(fā)育的在高程4m～-23m之間，其中XDK048乙～XDK048下、XDK048乙～XDK047剖面巖溶分布較廣泛；其余七對剖面巖溶零星分布，高程-23m以下巖溶弱發(fā)育。

為探測巖溶在帷幕線上的走向，通過將9個剖面進(jìn)行三維組合，組合圖如圖3.2-3所示。從三維組合圖上可分析出XDK048鉆孔附近區(qū)域的巖溶發(fā)育情況是：由XDK047向XDK049升高，巖溶管道較多穿過XDK048甲～XDK047、XDK048甲～XDK048下、XDK048乙～XDK047、XDK048乙～XDK048下上四個CT剖面、而XDK048甲～XDK049、XDK048甲～XDK048上、XDK048乙～XDK049、XDK048乙～XDK048上四個CT剖面較少分布，且分布高程較高，依此推斷ZK048鉆孔附近區(qū)域巖溶通道的發(fā)育方向如圖3.2-4所示。依據(jù)探測情況，設(shè)計更改灌漿施工方案進(jìn)行了三排帷幕灌漿施工，僅兩個月就處理完成遺留半年的工程巖溶問題。極大的節(jié)省了施工時間。為工程按期完成提供了時間保證。

圖3.2-5～圖3.2-7為本區(qū)域經(jīng)過由一排灌漿孔改為三排灌漿孔設(shè)計變更后的灌漿量統(tǒng)計圖，圖中紅線圈閉區(qū)域?yàn)殡姶挪–T探測推斷的巖溶區(qū)的灌漿量分布圖表，經(jīng)過對灌漿資料的對比分析可知，本區(qū)域灌漿量明顯大于其他區(qū)域灌漿量，本區(qū)域少則800—900L/M，多則14443L/M。灌漿量情況與電磁波層析成像探測結(jié)果高度吻合。

4、結(jié)語

1. 電磁波層析成像技術(shù)（CT）在可溶巖地區(qū)防滲帷幕進(jìn)行巖溶探測是一種有效的手段。

2. 二維剖面可反映測試剖面段面上的巖溶發(fā)育情況；借助三維組合剖面可以探測巖溶的空間發(fā)育情況。

3. 電磁波穿透效果在不同地層有差異，測試前需進(jìn)行試驗(yàn)，小孔間距離有助于提高測試成果精度。

4. 本文探測成果是在巖溶區(qū)有水或泥土等填充物的情況下取得的，對無充填巖溶探測需要進(jìn)一步研究分析。

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作者簡介：楊新明，（1981～ ），漢族，男，河北衡水武邑縣人，工程師，主要從事水利水電工程勘察及檢測工作。